Name: relating stomatal conductance to leaf functional traits
Uploaded: 2015-10-12T14:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 9 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Relating Stomatal Conductance to Leaf Functional Traits at JoVE.com

We are indebted to Xuefei Yang, Sabine Both, Lin Chen and Kaitian Wang for coordinating the fieldwork and establishing the BEF-China experiment. We are also grateful to the whole BEF-China research group for their general support. BEF-China is mainly funded by the German Research Foundation (DFG FOR 891/1 and 2) and funding for this particular project was provided by the German Research Foundation to H.B. (DFG BR 1698/9-2). We are also thankful for the travel grants and summer schools financed by the Sino-German Centre for Research Promotion in Beijing (GZ 524, 592, 698, 699 and 785). In addition we would like to thank David Eichenberg, Michael Staab, Katja Grotius, Silvana Tornack, Lin Chen, and Shouren Zhang for their support in the field and in the lab.

1.気孔コンダクタンス<ol><li>気孔コンダクタンスの測定 注：定常状態ポロメーター（十角形SC1）の単純型を利用した作者。ポロメーターのデザインは、小型、直感的な手動操作と信頼性が高いという利点があります。フィールド内の気孔コンダクタンスを測定する場合、最も効率的なことができると繰り返し測定サイクルについて測定し、個人間の距離を最小化するようにしてください。 </li><li>再現性のパターンに応じて異なる種や個人の葉（;太陽や日陰の葉など 、可能な場合のみ、同じノードから、ただ一つのカテゴリから同じ高さ、同じ露出、プラント内の同じ位置に、）を選択します。 <ol><li>唯一の対策は、健康、非損傷を受け、完全に開発された状態で残します。繰り返し測定が同じ葉の上で行われることを保証するために、（ケーブルタイや色のテープで、例えば ）個人に葉をマーク。 注：Measur気孔コンダクタンスのementsは中肋と強力な葉脈を避けながら、唯一の葉の表面になされるべきです。 </li><li>気孔コンダクタンスの値は正午に明確な減少を示すまで、5〜10を繰り返し測定を行う日の出前に早朝の時間で測定を開始します。 注：測定の毎日のコースでは、VPDと気孔コンダクタンスの関係を分析するための良好なデータをお届けします。 </li></ol></li><li> VPD測定<ol><li>好ましくは、ポータブルロガー各G Sを測定 、記録温度と相対湿度と直接同じリーフの位置の状態を測定します。蒸気圧赤字は8月、ロシュマグナス式15を使用して計算するため。 </li></ol></li></ol><img alt="式（1）" fo:content-width="3in" src="/files/ftp_upload/52738/52738eq1.jpg" width="300" /> E、S =飽和水蒸気圧[ヘクトパスカル] <ol start="4"><li>モデルのG S - VPD応答<ol><li>今種ごとに1つの分析に、個々の葉のすべての毎日のコースを組み合わせ、種ごとのVPDに対するすべてのG Sデータをプロットします。最大値を検索することにより、気孔コンダクタンスデータから観測された最大値を抽出します。 、種ごとの比較のためのモデルをスケーリングその種（G S / G SMAX）のために観察された最大値を通って観測値を分割します。 </li><li>それぞれの種について、G Sのlogitsを退行（G S / G SMAX）VPDと二項誤差分布（a、b、および回帰パラメータを表すC）と一般化線形モデルを用いて、VPDの二次項に： </li></ol></li></ol><img alt="式（2）" src="/files/ftp_upload/52738/52738eq2.jpg" width="300" /><img alt="図1" src="/files/ftp_upload/52738/52738fig1highres.jpg" wIDTH = &quot;700&quot; /&gt; 図プロットされた値とG Sに対する当てはめモデルの1例- 。VPD気孔コンダクタンスは、種フウ属のタイワン用の蒸気圧不足の関数としてプロットしました。空のドットが観察された値を表します。 （A）最大気孔コンダクタンス、最大気孔コンダクタンスでVPDと気孔コンダクタンスが絶対ので、非スケール気孔コンダクタンス（G S）データから抽出された意味。 （B）スケーリング気孔コンダクタンスデータ（G S / G SMAX）の相対パラメータ（充填ドットとして示す）20を抽出するためにプロットしました。再印刷20からの許可を得て。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52738/52738fig1highres.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。</a> <img alt="図2" src="/files/ftp_upload/52738/52738fig2highres.jpg" wiDTH = &quot;400&quot; /&gt; すべての種のために、図2のすべてのフィットモデル。すべての種のVPD回帰に気孔コンダクタンスデータのモデルグラフ。エバーグリーン種は赤線20で黒線、落葉樹で表されます。 20から許可を得て再印刷します。 注：logitsを使用する代わりに、VPDに直接G Sを回帰は、グラムSMAXを超えない最大値をモデル化する点につながり、そのG Sが高いVPDで0に近づきます。 <ol start="5"><li>すべての種のための気孔規制のパラメータを抽出<ol><li>絶対モデル化されたG SMAX値 （ 図1Bの MaxFit）を計算します。これを行うには、VPD gsMaxFit = -b / 2aに与えるゼロに1.4.2の一次導関数を、設定から最大気孔コンダクタンスでVPDを計算します。 1.4.2の式にVPD gsMaxFitを挿入し、MaxFitを取得するために、電子のパワーに上げます。 Mを計算します種ごとのすべてのコンダクタンス測定のEAN（ 図1Aを参照）。 注：使用統計ソフトウェアR（http://www.r-project.org）。 </li><li>モデルの最大値（MaxFit）及び（2）VPDで（1）気孔コンダクタンスとVPD：スケールモデルからの相対値を、（G S / G SMAX）、気孔コンダクタンスとVPD値以下の2点を抽出する計算するには曲線の変曲の第二の時点で（ 図1B参照 ）。これらの点の絶対G Sの値を取得するためにグラムSMAXすることによって、これらの値を乗算します。分析した全39種の単一モデルの完全なオーバーレイについては、図2を参照してください。 </li></ol></li></ol>気孔特性の測定2。 <ol><li>気孔コンダクタンスの測定に使用されている全く同じ葉から好ましくはサンプルを取ります。これが不可能な場合、葉を選択するために適用された同一の選択手順を適用します気孔コンダクタンスを測定するため、好ましくは、同一個人に。 </li><li>新鮮なサンプルに（テスト違うが、いくつかは他よりも適しています）無色、素早く乾燥マニキュアの薄い層を適用します。サンプルは、すぐに処理できない場合は、70％アルコールに保存。マニキュアが出て乾燥した後、そっと葉からの印象をはがし、通常の葉のサンプルと同様に、顕微鏡分析のために進んでください。 注：1の酢酸溶液と酸素、過酸化物、より良い結果をもたらすことができる：水酸化ナトリウムまたは1を適用する前のステップが高いトリコーム密度の葉の場合。 </li><li>光学顕微鏡分析<ol><li> 400Xに40Xの間に倍の可能な光学顕微鏡にカメラを接続します。カメラを顕微鏡に接続された後、スケールの助けを借りて、例えば 、画像の光学倍率と解像度に撮影した画像と一致しています。 </li><li>オープンソースの私を採用ImageJの16のような魔術師処理ソフトウェアは、これらの写真を分析します。 <ol><li>いいえ汚れ、親指プリント、損傷領域、または大規模な葉脈を持つ領域の画像上の画像解析ツールからシェイプツールで形状を描画します。この領域で、サンプルあたり少なくとも50,000 平方 μmの合計で気孔をカウントします。 </li><li>気孔孔辺細胞の長さと細孔の長さを測定します。 1mm 2当たり気孔の数を計算します。 1mm 2当たりの細胞数を表皮する気孔密度の比として気孔指数を計算します。 </li></ol></li></ol></li></ol>葉脈形質の3評価注：葉脈の特性を評価するために、サック＆Scoffoni 17から修正されたプロトコルを用いました。 <ol><li>試料調製 注：葉脈の可視性を最適化するために、葉が最初に漂白した後、サフラニンとマラカイトグリーンで染色されています。 <ol><li> LEAVを漂白しますES、消色剤の50％溶液中で少なくとも72時間それらを残す（テスト違う、再びいくつかの良い仕事かもしれません）。あるいは、5％NaOH溶液、または10％のKOH水溶液または25％H 2 O 2溶液を使用します。 </li><li> 30℃にソリューションを加熱したり、より良い効果のためのステップ3.1.1からさまざまなソリューションを組み合わせます。その後水で数回洗浄します。その葉の特性に応じて、特定の種​​のための漂白工程を適応させます。 注：厚い葉は液槽およびまたはより積極的なソリューションの長い期間が必要な場合があります。シンナー、より柔らかい葉未満72時間で満足度に漂白することができます。 </li><li>葉は100％エタノールの中に置いて着色します。 1％サフラニン液に30分 - 2のためにそれらを色です。着色を強化するために、わずか数秒間1％マラカイトグリーン溶液でさらに処理を追加します。最適な結果を達成するためのタイミングと強度の面ですべての種にプロトコルを適応させます。 SEをすすぎますその後水でveral回。葉は深く染色する場合は、エタノールまたは脱色剤でいくつかの時間が役立つことがあります。 </li></ol></li><li>試料分析<ol><li> 約 1200 720dpiの解像度でバックライトスキャナと葉をスキャンします。そのピクセルの長さが戻ってスキャンした葉の絶対長さ対策にさかのぼることができる保証するために、スケールの助けを借りて、例えば 、画像の解像度に撮影したスキャンを合わせてください。 </li><li>葉の面積、外周、長さと幅を測定します。いくつかの指標、 例えば、長さ/幅と円周2 /面積を計算します。絵の真ん中から1 1 CMで長方形をカットします。 （主なミドル静脈を含まない）は、第1および第2オーダーの静脈の直径を測定します。この方形（静脈密度）の最初のオーダーのすべての静脈の長さを測定します。 </li></ol></li></ol>他の葉形質の4評価注：このような特定などアス典型的な葉の形質葉面積（SLA）、葉の乾燥物含有量（LDMC）、葉面積、要素内容、葉の習慣、葉の羽状組織、葉の化合物の種類、リーフマージンタイプなど確立したプロトコル18,19以下。 <ol><li>観測の葉の形質<ol><li>葉羽状組織、葉の化合物の種類、リーフマージンタイプとフィールドでの観察を通して花外蜜腺18,19の存在を評価します。 </li></ol></li><li>分析葉の形質<ol><li>比葉面積（SLA）の決意、葉面積と葉乾物含量（LDMC）18,19のために、好ましくは、他の測定に使用したのと同じ人に、新鮮な葉のサンプルを収集します。 80℃の乾燥オーブン中で48時間後に、好ましくは同じ葉に、要素の内容および比率を測定します。 </li></ol></li></ol>

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The authors have nothing to disclose.

本論文で提示された方法により抽出された気孔規制のパラメータは、気孔密度と気孔指標として気孔特性の重要性を強調する。これらの新規な関係は、解剖学的および化学的な葉が20を形質、形態学的に生理的なモデルからのパラメータをリンクの可能性を示します。他の方法に比べ、本発明の方法は、気孔コンダクタンスをモデル化し、G の最大値の半分にダウンレギュレートされたユニークかつ明確なVPD値を捕捉するという利点を有します。 プロトコールに記載されているすべての手順の最も重要なものは、気孔コンダクタンスの測定値です。気孔コンダクタンスの周囲の天候条件の多因子調節にG Sに強い影響力を持っています。高い相対湿度と低照度での気孔コンダクタンスの測定は、21〜23信頼できない場合があります。形態学的およびアナトに関してomical形質は、プロトコルは常に研究に含まれる標的種に適合させる必要があります。静脈密度解析で特に、葉の漂白や染色の持続時間は、葉の構造と靭性に応じて、変化させることが必要があります。この方法の潜在的な制限は、気孔コンダクタンスの測定は不可能であるか又は複雑で異常な葉の形のためにエラーが発生しがちであるために種を含みます。これは、非常に狭い葉身と針葉樹や草を含んでもよいです。 我々の結果は、部分的に気孔コンダクタンス・パラメータおよび他のいくつかの研究に対応する葉経済スペクトル（LES）の葉の形質との間のリンクの最初の仮説を確認します。例えば、PoorterとBongers（2006）24は、G、SおよびG Sが増加葉の寿命を減少させながら、例えば LES、によって表される特性との間の密接なリンクを報告しました。したがって、シュルツら（1994）1 demonst葉の窒素含有量とg SMAXとの間に明確なリンクを評価しました。同様に、Juhrbandt ら（2004）25グラムSMAXと葉面積と葉の窒素含有率との間に有意な関係を発見しました。 葉の習慣に関して明確な違いの2つめの仮説は確認できませんでした。常緑と落葉の習慣内の測定されたパラメータと特性の高い変動は、リーフ習慣がLESの良い記述子ではありませんことを示しています。 Brodribbとホルブルック（2005）26は、広い特性変化が葉の習慣のすべてのタイプでは一般的であるため、葉の習慣と葉の生理的戦略は必然的に接続されていないことを議論しました。 アプローチは、特定の木部透水係数と顕微鏡木材は27を形質など木部の油圧に関連形質に例えば、形質および葉以外の植物器官の生理学的特徴に拡張することができます。同様に、他のこのような柵状柔構造とエピクチクラワックス層構造として顕微鏡由来として葉の形質の種類は28を含めることができます。 要約すると、本研究では、LESと気孔調節との間の密接な関係を確認しました。また、ここで紹介する方法は、LESに関連していない気孔規制パターンの側面を明らかにしました。このような気孔の大きさ、密度、インデックスだけでなく、静脈長として特に特定の葉の形質には機能的な植物の研究に今後注目に値します。

植物の葉の機能の理解を進めるために、多くの最近の研究は、葉の気孔コンダクタンス（GのS）1-4のような生理的反応、形態学的に、解剖学的および化学葉の形質に関連することを試みてきました。また、葉の形質に、気孔コンダクタンスが強く、このような光合成有効光量子束密度、空気の温度とVPD 5のような環境条件によって影響されます。主にVPD 6のGSの線形回帰に基づいているVPD曲線6-8 -様々な方法がGSをモデル化するために提案されています。これとは対照的に、本 ​​研究で提示したモデルは、VPDに（最大気孔コンダクタンスG SMAXにG Sのすなわち、比率）の相対的な気孔コンダクタンスのlogitsを退行し、二次回帰の用語としてVPDを追加することにより、非直線性を占めています。 他のモデルと比較して、新しいモデルが記述するパラメータを導出することができますG Sは水不足の下でダウンレギュレートされたVPD。同様に、VPDがG Sが最大となるで得られます。そのような生理学的パラメータは、LESに反映されるようにしっかりと炭素同化9,10栄養や資源配分にこれらのモデルパラメータとキー葉形質との間の密接なリンクにリンクすることが期待できるとして3,11期待されるべきです。その結果、またLES形質を持つ気孔規制の戦略との間に密接な関係があるはずです。このような関係は、双方のLESおよび水利用効率12,13と相関している葉の習慣として（常緑対落葉）の葉の習慣のために特に期待されています。エバーグリーン種は遅く成長する傾向があるが、栄養分14の貧しい環境でより効率的です。このように、葉の習慣が落葉の種よりも保守的な水利用戦略で、気孔規制パターンが異なるに変換する必要があります。 コンプ共通の庭の状況で広葉樹の種の大規模なセットをARING、次の仮説を試験した：G Sからの1）モデルのパラメータは- VPDモデルは、葉の経済スペクトルに関連した葉の形質に接続されています。 2）エバーグリーン種は落葉種よりも低い平均G SおよびG SMAXの値を持ちます。

<table><tbody><tr><td>SC 1 Porometer</td><td>Decagon</td><td></td><td>Any other porometer is suitable</td></tr><tr><td>Cable ties to mark leaves</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Plastic sample bags</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Paper sample bags</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Hygrometer</td><td>Trotec</td><td></td><td>Any other is suitable</td></tr><tr><td>Nail polish</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Axioskop 2 plus</td><td>Zeiss</td><td></td><td>Any other is suitable</td></tr><tr><td>Ethanol</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Bleach</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>5% NaOH</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>10% KOH</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>25% H&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;O&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Malachite green</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Safranine</td><td></td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

relating stomatal conductance to leaf functional traits

彼らはそのような蒸散と炭素同化などの生理学的機能を反映するため、葉の機能特性が重要です。具体的には、形態学的形質の葉は、成長パターン及び栄養利用、水利用効率の観点から、植物戦略を要約する可能性があります。葉の経済スペクトル（LES）は、機能植物生態学における認識のフレームワークであり、（特定の葉面積（SLA）、葉の窒素、リン、陽イオン含有量を増加し、葉の乾物含量（LDMC）と炭素窒素比を低下させる勾配を反映していますCN）。 LESは、葉の質量あたりの光合成能力と短命の葉のことから、低質量系炭素同化率と長寿命の葉に至るまで様々な戦略について説明します。しかし、LESに含まれていない形質は、このような気孔制御に関連するものとして、種の生理機能に関する追加情報を提供することがあります。プロトコルは、葉の広い範囲のために提示されていfunctioLESの特性だけでなく、LESとは独立した形質を含む最終的形質。具体的には、新しい方法は、蒸気圧の赤字に気孔コンダクタンスの工場 &#39;調節行動に関するものが導入されます。気孔調節の結果として得られるパラメータは、LES及び他の植物の機能的特性と比較することができます。結果は、LESの機能葉の形質は気孔規制のパラメータにも有効な予測因子であったことを示しています。例えば、葉の炭素濃度は、屈曲及びコンダクタンスVPD曲線の最大の点で蒸気圧不足（VPD）に積極的に関連していました。しかし、LESに含まれていない形質は気孔制御のパラメータを説明する際に情報を追加しました：コンダクタンス-VPD曲線の変曲点でのVPDは、より高い気孔密度と高い気孔指数を有する種のために低かったです。全体的に、気孔および静脈形質は気孔規制トンを説明するためのより強力な予測因子でしたLESで使用漢特性。

気孔コンダクタンスと気孔調節の多くのパラメータは、形態学的解剖学的および化学的な葉形質に関連することが見出されました。以下では、焦点は気孔密度（P = 0.04）と気孔率（P = 0.03）で減少し、 図を参照してください 、葉の炭素含有量（P = 0.02に増加した変曲点、でVPDへのリンクになります3）。結果は、VPDの減少に伴って変曲点で気孔密度と気孔指数の低下があったことを示しています。これとは対照的に、気孔コンダクタンスのないパラメータは、葉の習慣に明確な関係は認められませんでした。葉の習慣の二つのグループ内の高変動は異なる調節機構は常緑と落葉の習慣のグループ内の両方を存在することを示しています。 <img alt="図3" src="/files/ftp_upload/52738/52738fig3highres.jpg" width="700" /> 番目の図3.結果図気孔コンダクタンスの規制や葉形質のパターン間の電子リンク蒸気圧の赤字（VPD）G Sの変曲点で- 。（A）気孔密度、（B）気孔指数の関数としてVPD曲線（VpdPoi）、および（C）葉の炭素含有量20。再印刷20からの許可を得て。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52738/52738fig3highres.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。</a>

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Relating Stomatal Conductance to Leaf Functional Traits

生理学と形態がリンクされている方法を解明することは、植物の葉のメカニズムの機能をより深く理解することができます。私たちは、伝統的な機能の葉形質と気孔コンダクタンスの測定値との相関関係から気孔規制のパラメータを導出するための手順の両方を提示します。

葉の機能上の特徴に気孔コンダクタンスの関連付け

Leaf functional traits are important because they reflect physiological functions, such as transpiration and carbon assimilation. In particular, ...

relating-stomatal-conductance-to-leaf-functional-traits

Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Biology

19.0K ビュー.  Martin-Luther-University Halle-Wittenberg. 生理学と形態がリンクされている方法を解明することは、植物の葉のメカニズムの機能をより深く理解することができます。私たちは、伝統的な機能の葉形質と気孔コンダクタンスの測定値との相関関係から気孔規制のパラメータを導出するための手順の両方を提示します。 

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Assessing Stomatal Response to Live Bacterial Cells using Whole Leaf Imaging

Stomata are natural openings in the plant epidermis responsible for gas exchange between plant interior and environment. They are formed by a pair of guard cells, which are able to close the stomatal pore in response to a number of external factors including light intensity, carbon dioxide concentration, and relative humidity (RH). The stomatal pore is also the main route for pathogen entry into leaves, a crucial step for disease development. Recent studies have unveiled that closure of the pore is effective in minimizing bacterial disease development in Arabidopsis plants; an integral part of plant innate immunity. Previously, we have used epidermal peels to assess stomatal response to live bacteria (Melotto et al. 2006); however maintaining favorable environmental conditions for both plant epidermal peels and bacterial cells has been challenging. Leaf epidermis can be kept alive and healthy with MES buffer (10 mM KCl, 25 mM MES-KOH, pH 6.15) for electrophysiological experiments of guard cells. However, this buffer is not appropriate for obtaining bacterial suspension. On the other hand, bacterial cells can be kept alive in water which is not proper to maintain epidermal peels for long period of times. When an epidermal peel floats on water, the cells in the peel that are exposed to air dry within 4 hours limiting the timing to conduct the experiment. An ideal method for assessing the effect of a particular stimulus on guard cells should present minimal interference to stomatal physiology and to the natural environment of the plant as much as possible. We, therefore, developed a new method to assess stomatal response to live bacteria in which leaf wounding and manipulation is greatly minimized aiming to provide an easily reproducible and reliable stomatal assay. The protocol is based on staining of intact leaf with propidium iodide (PI), incubation of staining leaf with bacterial suspension, and observation of leaves under laser scanning confocal microscope. Finally, this method allows for the observation of the same live leaf sample over extended periods of time using conditions that closely mimic the natural conditions under which plants are attacked by pathogens.

We have developed a simple and reproducible protocol to access stomatal response to live bacteria. This method minimizes wounding and manipulation of the leaf as compared to the use of epidermal peels reported previously.

全葉のイメージングを使用して細菌細胞をライブに気孔反応を評価する

Stomata are natural openings in the plant epidermis responsible for gas exchange between plant interior and environment. They are formed by a pair of ...

免疫・感染学

The Calibration and Use of Capacitance Sensors to Monitor Stem Water Content in Trees

Water transport and storage through the soil-plant-atmosphere continuum is critical to the terrestrial water cycle, and has become a major research focus area. Biomass capacitance plays an integral role in the avoidance of hydraulic impairment to transpiration. However, high temporal resolution measurements of dynamic changes in the hydraulic capacitance of large trees are rare. Here, we present procedures for the calibration and use of capacitance sensors, typically used to monitor soil water content, to measure the volumetric water content in trees in the field. Frequency domain reflectometry-style observations are sensitive to the density of the media being studied. Therefore, it is necessary to perform species-specific calibrations to convert from the sensor-reported values of dielectric permittivity to volumetric water content. Calibration is performed on a harvested branch or stem cut into segments that are dried or re-hydrated to produce a full range of water contents used to generate a best-fit regression with sensor observations. Sensors are inserted into calibration segments or installed in trees after pre-drilling holes to a tolerance fit using a fabricated template to ensure proper drill alignment. Special care is taken to ensure that sensor tines make good contact with the surrounding media, while allowing them to be inserted without excessive force. Volumetric water content dynamics observed via the presented methodology align with sap flow measurements recorded using thermal dissipation techniques and environmental forcing data. Biomass water content data can be used to observe the onset of water stress, drought response and recovery, and has the potential to be applied to the calibration and evaluation of new plant-level hydrodynamics models, as well as to the partitioning of remotely sensed moisture products into above- and belowground components.

The hydraulic capacitance of biomass is a key component of the vegetation water budget, which serves as a buffer against short and long-term drought stresses. Here, we present a protocol for the calibration and use of soil moisture capacitance sensors to monitor water content in the stems of large trees.

木の幹の水分量を監視するための校正と静電容量センサーの使用

Water transport and storage through the soil-plant-atmosphere continuum is critical to the terrestrial water cycle, and has become a major research focus ...

環境学

<meta charset="utf8"></head><body>古気候と古生態学的再構築のためのデジタル葉の人相学

Reconstructing Terrestrial Paleoclimate and Paleoecology with Fossil Leaves Using Digital Leaf Physiognomy and Leaf Mass Per Area

Climate and environment strongly influence the size, shape, and toothiness (physiognomy) of plants&#39; leaves. These relationships, particularly in woody non-monocotyledonous angiosperms, have been used to develop leaf-based proxies for paleoclimate and paleoecology that have been applied to reconstruct ancient terrestrial ecosystems for the last ~120 million years of Earth&#39;s history. Additionally, given that these relationships have been documented in living plants, they are important for understanding aspects of plant evolution and how plants respond to climatic and environmental changes. To conduct these types of analyses on modern and fossil plants, leaf physiognomy must be measured accurately using a reproducible methodology. This protocol describes a computer-based method for measuring and analyzing a variety of leaf physiognomic variables in modern and fossil leaves. This method allows for the measurement of leaf physiognomic traits, in particular variables related to leaf serrations, leaf area, leaf dissection, and linearity that are used in the digital leaf physiognomy proxy for reconstructing paleoclimate, as well as petiole width and leaf area, which are used for reconstructing leaf mass per area, a paleoecological proxy. Because this digital leaf trait measurement method can be applied to fossil and living plants, it is not limited to applications related to reconstructing paleoclimate and paleoecology. It can also be used to explore leaf traits that may be informative for understanding the function of leaf morphology, leaf development, phylogenetic relationships of leaf traits, and plant evolution.

<meta charset="utf8"></head><body>著者スポットライト:現代および古代の植物群集における気候と生態学の再構築のための葉形質分析

The protocol presented shows digital measurement and analysis of continuous leaf physiognomic traits on fossil leaves to reconstruct paleoclimate and paleoecology using the digital leaf physiognomy and leaf mass per area reconstruction methods.

デジタル葉の人相と面積ごとの葉の質量を使用した化石葉による陸域の古気候と古生態学の再構築

Climate and environment strongly influence the size, shape, and toothiness (physiognomy) of plants&#39; leaves. These relationships, particularly in woody ...

Measurement of Leaf Hydraulic Conductance and Stomatal Conductance and Their Responses to Irradiance and Dehydration Using the Evaporative Flux Method (EFM)

Water is a key resource, and the plant water transport system sets limits on maximum growth and drought tolerance. When plants open their stomata to achieve a high stomatal conductance (gs) to capture CO2 for photosynthesis, water is lost by transpiration1,2. Water evaporating from the airspaces is replaced from cell walls, in turn drawing water from the xylem of leaf veins, in turn drawing from xylem in the stems and roots. As water is pulled through the system, it experiences hydraulic resistance, creating tension throughout the system and a low leaf water potential (&Psi;leaf). The leaf itself is a critical bottleneck in the whole plant system, accounting for on average 30% of the plant hydraulic resistance3. Leaf hydraulic conductance (Kleaf = 1/ leaf hydraulic resistance) is the ratio of the water flow rate to the water potential gradient across the leaf, and summarizes the behavior of a complex system: water moves through the petiole and through several orders of veins, exits into the bundle sheath and passes through or around mesophyll cells before evaporating into the airspace and being transpired from the stomata. Kleaf is of strong interest as an important physiological trait to compare species, quantifying the effectiveness of the leaf structure and physiology for water transport, and a key variable to investigate for its relationship to variation in structure (e.g., in leaf venation architecture) and its impacts on photosynthetic gas exchange. Further, Kleaf responds strongly to the internal and external leaf environment3. Kleaf can increase dramatically with irradiance apparently due to changes in the expression and activation of aquaporins, the proteins involved in water transport through membranes4, and Kleaf declines strongly during drought, due to cavitation and/or collapse of xylem conduits, and/or loss of permeability in the extra-xylem tissues due to mesophyll and bundle sheath cell shrinkage or aquaporin deactivation5-10. Because Kleaf can constrain gs and photosynthetic rate across species in well watered conditions and during drought, and thus limit whole-plant performance they may possibly determine species distributions especially as droughts increase in frequency and severity11-14.
We present a simple method for simultaneous determination of Kleaf and gs on excised leaves. A transpiring leaf is connected by its petiole to tubing running to a water source on a balance. The loss of water from the balance is recorded to calculate the flow rate through the leaf. When steady state transpiration (E, mmol &bull; m-2 &bull; s-1) is reached, gs is determined by dividing by vapor pressure deficit, and Kleaf by dividing by the water potential driving force determined using a pressure chamber (Kleaf= E /- &Delta;&psi;leaf, MPa)15.
This method can be used to assess Kleaf responses to different irradiances and the vulnerability of Kleaf to dehydration14,16,17.

Measurement of Leaf Hydraulic Conductance and Stomatal Conductance and Their Responses to Irradiance and Dehydration Using the Evaporative Flux Method EFM

We describe a relatively rapid (30 min) and realistic method for simultaneously measurement of leaf hydraulic conductance (Kleaf) and stomatal conductance (gs) for transpiring excised leaves. The method can be modified to measure the light and dehydration responses of Kleaf and gs.

蒸発フラックス法（EFM）を使用した照度と脱水に葉の通水コンダクタンスと気孔コンダクタンスとその応答の測定

Water is a key resource, and the plant water transport system sets limits on maximum growth and drought tolerance. When plants open their stomata to ...

生物学

シロイヌナズナにおける細菌の侵入に対する自動気孔応答測定

Direct Observation and Automated Measurement of Stomatal Responses to Pseudomonas syringae pv. tomato DC3000 in Arabidopsis thaliana

Stomata are microscopic pores found in the plant leaf epidermis. Regulation of stomatal aperture is pivotal not only for balancing carbon dioxide uptake for photosynthesis and transpirational water loss but also for restricting bacterial invasion. While plants close stomata upon recognition of microbes, pathogenic bacteria, such as Pseudomonas syringae pv. tomato DC3000 (Pto), reopen the closed stomata to gain access into the leaf interior. In conventional assays for assessing stomatal responses to bacterial invasion, leaf epidermal peels, leaf discs, or detached leaves are floated on bacterial suspension, and then stomata are observed under a microscope followed by manual measurement of stomatal aperture. However, these assays are cumbersome and may not reflect stomatal responses to natural bacterial invasion in a leaf attached to the plant. Recently, a portable imaging device was developed that can observe stomata by pinching a leaf without detaching it from the plant, together with a deep learning-based image analysis pipeline designed to automatically measure stomatal aperture from leaf images captured by the device. Here, building on these technical advances, a new method to assess stomatal responses to bacterial invasion in Arabidopsis thaliana is introduced. This method consists of three simple steps: spray inoculation of Pto mimicking natural infection processes, direct observation of stomata on a leaf of the Pto-inoculated plant using the portable imaging device, and automated measurement of stomatal aperture by the image analysis pipeline. This method was successfully used to demonstrate stomatal closure and reopening during Pto invasion under conditions that closely mimic the natural plant-bacteria interaction.

著者スポットライト:自動開口測定による気孔研究の進歩

Here, we present a simple method for direct observation and automated measurement of stomatal responses to bacterial invasion in Arabidopsis thaliana. This method leverages a portable stomatal imaging device, together with an image analysis pipeline designed for leaf images captured by the device.

Pseudomonas syringae pvに対する気孔応答の直接観察と自動測定。トマトシロイヌナズナのDC3000

Stomata are microscopic pores found in the plant leaf epidermis. Regulation of stomatal aperture is pivotal not only for balancing carbon dioxide uptake ...

Kinematic Analysis of Cell Division and Expansion: Quantifying the Cellular Basis of Growth and Sampling Developmental Zones in Zea mays Leaves

Growth analyses are often used in plant science to investigate contrasting genotypes and the effect of environmental conditions. The cellular aspect of these analyses is of crucial importance, because growth is driven by cell division and cell elongation. Kinematic analysis represents a methodology to quantify these two processes. Moreover, this technique is easy to use in non-specialized laboratories. Here, we present a protocol for performing a kinematic analysis in monocotyledonous maize (Zea mays) leaves. Two aspects are presented: (1) the quantification of cell division and expansion parameters, and (2) the determination of the location of the developmental zones. This could serve as a basis for sampling design and/or could be useful for data interpretation of biochemical and molecular measurements with high spatial resolution in the leaf growth zone. The growth zone of maize leaves is harvested during steady-state growth. Individual leaves are used for meristem length determination using a DAPI stain and cell-length profiles using DIC microscopy. The protocol is suited for emerged monocotyledonous leaves harvested during steady-state growth, with growth zones spanning at least several centimeters. To improve the understanding of plant growth regulation, data on growth and molecular studies must be combined. Therefore, an important advantage of kinematic analysis is the possibility to correlate changes at the molecular level to well-defined stages of cellular development. Furthermore, it allows for a more focused sampling of specified developmental stages, which is useful in case of limited budget or time.

Kinematic Analysis of Cell Division and Expansion: Quantifying the Cellular Basis of Growth and Sampling Developmental Zones in Zea mays Leaves

Quantifying cell division and expansion is of crucial importance to the understanding of whole-plant growth. Here, we present a protocol to calculate cellular parameters determining maize leaf growth rates and highlight the use of these data for investigating molecular growth regulatory mechanisms by directing developmental stage-specific sampling strategies.

細胞分裂と拡張の動解析：成長とサンプリング発達ゾーンの細胞基礎での定量化<em&gt;トウモロコシ</em&gt;葉

Growth analyses are often used in plant science to investigate contrasting genotypes and the effect of environmental conditions. The cellular aspect of ...

葉の機能上の特徴に気孔コンダクタンスの関連付け

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全葉のイメージングを使用して細菌細胞をライブに気孔反応を評価する

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デジタル葉の人相と面積ごとの葉の質量を使用した化石葉による陸域の古気候と古生態学の再構築

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蒸発フラックス法（EFM）を使用した照度と脱水に葉の通水コンダクタンスと気孔コンダクタンスとその応答の測定

Pseudomonas syringae pvに対する気孔応答の直接観察と自動測定。トマトシロイヌナズナのDC3000

Pseudomonas syringae pvに対する気孔応答の直接観察と自動測定。トマトシロイヌナズナのDC3000

Pseudomonas syringae pvに対する気孔応答の直接観察と自動測定。トマトシロイヌナズナのDC3000

細胞分裂と拡張の動解析：成長とサンプリング発達ゾーンの細胞基礎での定量化